Java 范式

10 Sept 2024 | 5 分钟阅读

Java 以其平台独立性、面向对象特性和稳健的设计而闻名。在本节中，我们将深入探讨 Java 编程范式，并提供对其核心概念的深入解释和示例。

面向对象编程（Object-Oriented Programming）

使用对象的编程语言称为面向对象编程，简称 OOP。这些语言使用对象作为实现代码的主要来源。查看者或用户看到对象执行您指定的活动。面向对象编程旨在通过编程实现继承、封装和多态等现实世界概念。

Class

在面向对象编程或 OOP 中，类是蓝图或模板。类描述对象将拥有的行为（方法/函数）和特征（数据）。对象是这些类的实例。作为一门面向对象语言，Java 在很大程度上依赖于类的概念来构建和组织代码。

Object

在面向对象编程 (OOP) 中，对象是基本的构建元素，它代表一个具有属性（数据）和动作（函数/方法）的真实世界实体。类充当创建对象的蓝图或模板，对象是类的实例。Java 中的 Object 类是所有其他类的根类。在 Java 中，每个类都直接或间接继承自 Object 类。

在 Java 中，所有类都从 Object 类继承了一些公共方法。这些函数包括 getClass()、hashCode()、equals() 和 toString()。在 Java 中，新创建的类隐式扩展了 Object 类。

封装

封装是将操作数据的方法与数据组合成单个单元（称为类）的过程。通过限制直接访问，该单元可确保数据修改仅限于明确定义的过程。

Encapsulation.java

class Student {
    private String n;
    private int a;
    public void setn(String n) {
        this.n = n;
    }
    public void seta(int a) {
        if (a > 0) {
            this.a = a;
        }
    }
    public String getn() {
        return n;
    }
    public int geta() {
        return a;
    }
}
public class Encapsulation {
    public static void main(String[] args) {
        Student student = new Student();
        student.setn("Alice");
        student.seta(20);
        System.out.println("Name Of the Student: " + student.getn());
        System.out.println("Age Of the Student: " + student.geta());
    }
}

输出

Name: Alice
Age: 20

继承

继承允许一个类继承另一个类的属性和行为（字段和方法）。这促进了代码的可重用性以及类的分层组织。

Inheritance.java

class Vehicle {
    protected String brand;
    protected int year;
    public Vehicle(String brand, int year) {
        this.brand = brand;
        this.year = year;
    }
    public void start() {
        System.out.print("vehicle started."+ " ");
    }
}
class Car extends Vehicle {
    private int doors;
    public Car(String brand, int year, int doors) {
        super(brand, year);
        this.doors = doors;
    }
    public void accelerate() {
        System.out.println("Car is accelerating.");
    }
}
public class Inheritance
 {
    public static void main(String[] args) {
        Car myCar = new Car("BMW", 2023, 4);
        myCar.start();
        myCar.accelerate();
    }
}

输出

vehicle started 
Car is accelerating.

多态

通过多态，可以认为不同类的对象属于同一个超类。它通过 Java 中的方法重写和接口来实现。

示例

Polymorphism.java

interface Shape {
    double area();
}
class Circle implements Shape {
    private double radius;
    public Circle(double radius) {
        this.radius = radius;
    }
    @Override
    public double area() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }
}
public class Polymorphism {
    public static void main(String[] args) {
        Shape circle = new Circle(5.0);
        System.out.println("Circle Area: " + circle.area());
    }
}

平台独立性

通过使用 Java 虚拟机 (JVM)，Java 源代码可以编译成字节码，这是一种可以在任何平台上执行的中间格式。Java 遵循“一次编写，随处运行”(WORA) 原则。

PlatformIndependence.java

public class PlatformIndependence{
    public static void main(String[] args) {
        System.out.print(" Java Language ");
    }
}

输出

Java Language

强类型语言

Java 是一种强类型语言，这意味着变量类型必须显式声明，并且在编译期间强制执行类型检查。

示例

int num = 42;    
double pi = 3.14; 

垃圾回收

Java 通过垃圾回收机制实现了自动内存管理。它跟踪并回收不再使用的内存，从而防止内存泄漏和手动内存管理错误。

异常处理

Java 中的异常处理对于优雅地处理错误至关重要。该语言提供了一种使用 try、catch 和 finally 块来处理异常的结构化方法。

ExceptionExample.java

public class ExceptionExample{  
  public static void main(String args[]){  
   try{  
      int data=100/0;  
   }catch(ArithmeticException ex)
   {
       System.out.println(ex);
   }  
   // remaining code of the program   
   System.out.println(" Code ");  
  }  
} 

输出

java.lang.ArithmeticException: / by zero
 Code

多线程

Java 的多线程功能允许同时执行多个线程。这对于创建高效且响应迅速的应用程序是必要的。

MultiThreadExample.java

class MyThread extends Thread {
    public void run() {
	int a=1;
	while(a<=5)
{
	System.out.println("Thread " + a);
	a++;
}
    }
}
public class MultiThreadExample {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread t1 = new MyThread();
        MyThread t2 = new MyThread();
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

输出

Thread 1
Thread 1
Thread 2
Thread 2
Thread 3
Thread 4
Thread 3
Thread 4
Thread 5
Thread 5

命令式编程

在命令式编程范式下，描述程序的函数是主要目标。基本思想是提供一系列要执行的语句，每条语句都会修改程序的状态。Java 中的命令式编程是通过使用条件结构（if-else）和循环（for、while）等语句来实现的。

ImperativeExample.java

public class ImperativeExample {
    public static void main(String[] args) {
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            sum += i;
        }
        System.out.println("Sum: " + sum);
    }
}

输出

声明式编程

另一方面，声明式编程更侧重于程序的**目标**而不是实现这些目标的**方式**。通过 JavaFX 等用于创建用户界面的框架以及 SQL 等用于数据库查询的工具，Java 提供了声明式编程。

Declarative.java

import java.util.*;
import java.util.stream.Collectors;
public class Declarative {
    public static void main(String[] args) {
        // Creating a list of numbers
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
        // Declarative programming to find the square of each number
        List<Integer> squares = numbers.stream()
                .map(n -> n * n)
                .collect(Collectors.toList());
        // Printing the result
        System.out.println("Original List: " + numbers);
        System.out.println("Squares: " + squares);
    }
}

输出

Original List: [1, 2, 3, 4, 5]
Squares: [1, 4, 9, 16, 25]

函数式编程

函数式编程避免改变状态和可变数据，而是将计算视为数学函数的求值。Java 8 添加了 Lambda 表达式和 Stream API，将函数式编程工具带入该平台。

Functional.java

import java.util.*;
public class Functional {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
        int sum = numbers.stream().reduce(0, Integer::sum);
        System.out.println("Sum: " + sum);
    }
}

输出

Sum: 15

结论

总而言之，Java 编程范式提供了一种灵活且流行的应用程序创建方法。其面向对象编程、平台自由度以及对安全性和弹性的高度重视，突出了“一次编写，随处运行”的原则。Java 是 Web 开发、移动应用和企业级系统等各种应用程序的绝佳选择。其庞大的库和框架使复杂的工作更加简单。该范式包含封装、继承、多态以及用于内存管理的自动垃圾回收机制等基本组成部分。

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面向对象编程（Object-Oriented Programming）

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